Das menschliche Genom

Das menschliche Genom...

• setzt sich aus unterschiedlich strukturierten Abschnitten zusammen
• enthält nur zum Teil Informationen, diese informationslose DNA wird auch als Junk-DNA (wertlose DNA) bezeichnet, was aus heutiger Sicht nicht mehr ganz zutreffend ist

Das Humangenomprojekt

• im Oktober 1990 mit einem finanziellen Rahmen von 3 000 000 000 US-Dollar gestartet
• etwa 6000 Krankheiten werden jeweils durch ein schadhaftes Gen hervorgerufen
• bei Krankheiten, wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes oder Übergewicht, ist ein gewisser genetischer Einfluss nachweisbar
• Wissenschaftler gehen aber davon aus, dass durch die Kenntnis des Humangenoms sich völlig neue Behandlungsmethoden und Möglichkeiten der Vorbeugung entwickeln lassen
• die Sequenz des menschlichen Genoms hat eine Länge von 2,9 x 109 Basenpaare
  • das sind bei 3000 Buchstaben pro Seite eine Millionen Seiten Text
• schätzungsweise 25.000 Gene, die für Proteine codieren, befinden sich auf der DNA
  • das ist nur etwa 1% der verbauten Nucleotide
• von nur 50% der identifizierten Gene ist die Funktion bekannt

Weitere Erkenntnisse aus dem Humangenomprojekt

• Die Gesamtzahl der Gene ist insgesamt viel geringer als erwartet.
• Menschliche Gene erzeugen aufgrund alternativen Spleißens mehrere Proteine.
• Mehr als 200 Gene haben keine evolutionären Verwandten in anderen mehrzelligen Organismen, jedoch Gegenstücke bei Bakterien. Dies lässt vermuten, dass sie Ergebnis eines horizontalen Gentransfers von Bakterien sind.
• Die repetitiven DNA-Sequenzen sind eine Art „fossile Aufzeichnung“, die etwa 800 Millionen Jahre zurück in die Vergangenheit reicht.
• Junk-DNA hat in Wahrheit eine wichtige Funktion.
• Die Mutationsrate bei Männern ist doppelt so hoch wie bei Frauen. Männer bringen also die Mehrheit der Genmutationen in den Genpool ein.
• Menschen sind genetisch zu 99,9% identisch.

Strukturelle Besonderheiten der DNA

Mäßig sich wiederholende Sequenzen (repetitive Sequenzen)

• In Bereichen mit sich mäßig wiederholenden Sequenzen (mäßig repetitive Sequenzen) befinden sich sehr viele Gene für ribosomale RNA. Sie zählen damit zu den codierenden Genen, das heißt, sie enthalten eine Information.

• Bei den nichtcodierenden repetitiven Elementen spricht man sogenannten LINEs (long interspersed nuclear elelments)
  • handelt es sich um Retroviren-ähnliche Elemente, die Gene enthalten, welche Genen von Retroviren ähneln
  • können sich selbst replizieren und an verschiedenen Stellen wieder einfügen
  • sind meistens defekt und somit nicht funktionsfähig
  • die Wanderung dieser Genabschnitte kann schwerwiegende Folgen haben, wenn sich beispielsweise ein solches Element in ein Gen einfügt und dadurch das Gen seine Funktion verliert
  • befinden sich in genarmen Bereichen des menschlichen Genoms, woraus sich ableiten lässt, dass es einen Mechanismus gibt, der einen unliebsamen Einbau verhindert

Hochrepetitive Sequenzen

• befinden sich in genreichen Gebieten
• bei den „short interspersed nuclear elements“ (SINEs) handelt es sich ebenfalls um Retroelemente
• sind im Gegensatz zu den LINEs kürzer und reaktionsträger, was eine Störung der Genfunktion verhindert

Satelliten - DNA

Bei der Satelliten-DNA handelt es sich um Abschnitte im Genom von fünf bis zehn Basenpaaren, die aber auch sehr viel länger werden können und sich beispielsweise als 5er-Gruppe fortlaufend wiederholen. Das kann sich über Bereiche von bis zu 100.000 Basenpaaren erstrecken.

Minisatelliten (variable number tandem repeats, VNTRs)

• natürliche Sequenzanomalien, die aus Tandemrepeats von 9 - 80 Basenpaaren bestehen
• die Zahl der Wiederholung ist von Person zu Person unterschiedlich
• sie können als Markierung genutzt werden, um beispielsweise Genkarten zu erstellen oder für das Identifizieren von Personen

Mikrosatelliten (Short Tandem Repeats, STRs)

• sind kurze, nicht codierende DNA-Sequenzen, die im Genom oft wiederholt werden
• Sequenz in einem Mikrosatelliten ist sehr einfach
• bestehen aus zwei bis vier Nukleotiden und können 10- bis 100-mal wiederholt auftreten
• enthalten Sequenzen, wie „...TAGTAGTAGTAGTAGTAG... oder ...CACACACACA…“
• das menschliche Genom enthält mindestens 650000 STRs
• Mikrosatelliten-DNA kommt selten in Genen vor und wenn, hat das häufig schwerwiegende Konsequenzen, wie z.B. bei der Erbkrankheit Chorea Huntington
• können zur Genanalyse verwendet werden, da die Anzahl der Wiederholungen sich bei verschiedenen Individuen unterscheidet und deswegen bei der enzymatischen Spaltung mit einem Restriktionsenzym DNA-Fragmente unterschiedlicher Länge hervorbringt

Die Introns bilden die größten Abschnitte innerhalb der Gene. Mit einem Anteil von 25% machen sie nur einen Teil der DNA aus, in dem keine Information für Proteine enthalten ist.

Zusammenfassung

• Gene, die für ein Protein codieren, sind Abschnitte die als Funktionseinheit aufzufassen sind und aus Exon, Introns und Steuerelementen bestehen.
• Es gibt Gene, die nicht für ein Protein codieren, aber die Information für andere Nucleinsäuren, wie Ribosomale RNA oder Transfer-RNA. enthalten.
• Im Genom findet man verschiedene Formen von nichtcodierender DNA („Junk-DNA), deren Funktion nur zum Teil geklärt oder die völlig ohne Funktion ist.
• Die nichtcodierende DNA ist für die Individualisierung von Personen von Bedeutung (DNA Fingerprinting, Vaterschaftsnachweis).